黑龙江省林区农田生态系统中小型土壤动物与微生物纬度分异及其关联性研究

摘要

土壤动物与土壤微生物是生态系统的重要组成，它们也反映生态环境的特征。研究黑龙江省林区区域尺度下不同纬度梯度和局地尺度下不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物和土壤微生物的群落结构、多样性特征及其与土壤环境因子的相关关系，有助于我们探究农田生态系统不同尺度下的生物多样性格局，为农田生态系统的修复管理、生物多样保护与维持提供重要依据。
　　本研究在不同纬度的大兴安岭塔河、小兴安岭带岭和长白山脉帽儿山选取不同施肥方式样地来调查分析农田生态系统中小型土壤动物和土壤微生物群落。运用单因素方差分析、双变量相关分析、通径分析、典范性对应分析、聚类分析和多因素方差分析等方法阐明中小型土壤动物和土壤微生物群落组成、多样性特征和土壤环境因子与中小型土壤动物和土壤微生物之间的关系，揭示黑龙江省林区不同纬度不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物和土壤微生物群落的分布、相互关系及主要的影响因子。
　　本次调查捕获中小型土壤动物40类23141只，隶属于2门5纲13目（亚目）33科16属，平均密度32140.27只/m2。优势类群有3类，分别为甲螨亚目、地盾螨属、巨螯螨属，占总个体数的47.55%；常见类群有12类，占总个体数的45.47%，稀有类群有25类，占总个体数的6.98%。共获得可培养土壤微生物67类，总数量为25.65×107个/g干土。得到土壤细菌163株，分属于29类，总数量为17.42×107个/g干土，占所获得土壤微生物总个体数的67.91%。土壤放线菌111株，分属于16类，数量为8.14×107个/g干土，占所获得土壤微生物总个体数的31.73%；土壤真菌77株，分属于22类，数量为9.07×105个/g干土，占所获得土壤微生物总个体数的0.36%。土壤细菌的优势类群为芽孢杆菌属和固氮菌属；放线菌的优势类群为诺卡式菌属和链霉菌属；真菌的优势类群为青霉属。各优势类群和常见类群构成了不同纬度不同施肥方式农田生态系统的微生物主体。
　　不同纬度农田生态系统混合施用有机肥和无机肥的样地中小型土壤动物个体密度最大，大兴安岭施用有机肥、混合施用有机肥和无机以及田间防护林样地的类群数相同、小兴安岭施用无机肥的样地和长白山脉施用有机肥的样地类群数最大；随着纬度的变化个体密度并没有呈现随着纬度降低而增加的变化趋势。随着纬度的增加类群数在施用有机肥的样地总体是降低的趋势；混合施用有机肥和无机肥的样地则是随着纬度的增加而增加。不同纬度可培养的土壤微生物数量均是施用有机肥的样地最多，随着纬度的增加细菌和真菌的数量随之增加，类群数放线菌随之降低而真菌则随之增加。
　　随着纬度的变化不同施肥方式农田生态系统对中小型土壤动物群落垂直结构有一定影响，各样地中小型土壤动物个体密度和类群数大部分都随着土壤深度的加深而减少，具有明显的表聚现象，与土壤环境中垂直分布的表聚性规律一致。但有部分样地可能是由于人为干扰、耕作制度如翻耕方式不同或者农药化肥残留使得土壤破坏较大，出现了中小型土壤动物个体密度随着深度加深而逐渐增加的情况。
　　随着纬度的变化不同施肥方式农田生态系统及不同土层的中小型土壤动物群落多样性特征存在一定的差异，不同施肥方式各样地 Alpha多样性的均匀度和丰富度指数变化趋势基本相同，多样性指数变化有所不同，除小兴安岭不同施肥方式农田生态系统外各样地的均匀度和丰富度与优势度基本存在负相关。随着纬度的增加在施用有机肥的样地各指数均降低，在混合施用有机肥和无机肥的样地丰富度指数和田间防护林样地的丰富度指数随之降低。不同纬度不同施肥方式农田生态系统对土壤微生物多样性的影响不显著，不同施肥方式农田生态系统细菌和真菌的均匀度、真菌的丰富度各样地存在显著差异，不同纬度农田生态系统放线菌的均匀度和丰富度各样地存在显著差异。中小型土壤动物Beta多样性指数施用有机肥的样地随着纬度的增加而增加，土壤细菌小兴安岭最高，土壤放线菌大兴安岭和长白山脉最高，土壤真菌随着纬度的增高而降低。
　　不同土壤环境因子即pH值、有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾对农田生态系统中小型土壤动物和土壤微生物的群落组成和结构有一定的影响。全磷是影响高纬度和中纬度不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物多样性指数和丰富度指数的主要环境因子，有机质是影响优势度指数的主要环境因子。全磷和全氮是分别影响大兴安岭和小兴安岭不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物均匀度指数的主要环境因子。速效磷是影响长白山脉不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物多样性指数和丰富度指数的主要环境因子。有机质和全磷是影响不同纬度农田生态系统放线菌均匀度和丰富度指数的主要环境因子。速效钾、有机质和速效磷是影响不同纬度土壤细菌、放线菌和真菌Beta多样性的主要环境因子。全氮、速效磷和有机质是分别影响不同施肥方式农田生态系统细菌均匀度指数、真菌均匀度和丰富度指数的主要因素。不同纬度、不同施肥方式和不同环境因子之间的交互作用对中小型土壤动物群落和土壤微生物群落指数也有着显著的影响。
　　不同纬度不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物和微生物群落的优势类群有一定的相关性。中小型土壤动物对土壤细菌、放线菌、真菌的影响有所不同。大兴安岭不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物 Alpha多样性分别与土壤细菌和真菌的各指数负相关。小兴安岭不同施肥方式农田生态系统中小型土壤动物均匀度指数与土壤细菌均匀度指数负相关，中小型土壤动物优势度指数和丰富度指数与土壤真菌呈负相关。长白山脉不同施肥方式中小型土壤动物多样性指数与土壤细菌和真菌的多样性指数负相关，均匀度指数与土壤细菌的均匀度指数负相关，优势度和丰富度指数与土壤细菌和真菌负相关。大兴安岭中小型土壤动物Beta多样性与土壤微生物负相关，小兴安岭正相关，长白山脉与土壤细菌，放线菌负相关。
　　本研究结果表明，区域尺度和局地尺度下不同纬度、不同施肥方式、不同环境因子是影响农田生态系统中小型土壤动物和土壤微生物群落组成的主要因素，同时不同环境和不同施肥方式的共同作用对中小型土壤动物和土壤微生物的影响更大，在不同纬度不同施肥方式农田生态系统土壤动物多样性维持和管理的过程中，还要更多的关注不同纬度不同施肥方式和土壤环境条件的相互作用。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的与意义

1.3研究内容

1.4技术路线

1.5论文的创新点

第二章 研究区概况和研究方法

2.1研究区自然概况

2.2研究方法

2.3本章小结

第三章 中小型土壤动物群落的纬度分异特征

3.1中小型土壤动物的种类和数量组成

3.2中小型土壤动物群落水平结构的纬度分异特征

3.3中小型土壤动物群落垂直结构的纬度分异特征

3.4中小型土壤动物群落多样性的纬度分异特征

3.5中小型土壤动物群落与影响因素的关系

3.6本章小结

第四章 土壤微生物群落的纬度分异特征

4.1土壤微生物的种类和数量组成

4.2土壤微生物群落的纬度分异特征

4.3土壤微生物群落多样性的纬度分异特征

4.4土壤微生物群落与影响因素的关系

4.5本章小结

第五章 中小型土壤动物与土壤微生物群落的相互关系

5.1中小型土壤动物与土壤微生物的相互关系

5.2中小型土壤动物与土壤微生物群落多样性的相互关系

5.3本章小结

讨论与结论

讨论

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

声明

致谢